基于51單片機(jī)的智能溫度控制系統(tǒng)

基于51單片機(jī)的溫度測(cè)量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明室內(nèi)溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要隨著科技的不斷進(jìn)步，溫度控制，在工業(yè)自動(dòng)化控制中占有非常重要的地位。單片機(jī)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用給現(xiàn)代工業(yè)測(cè)控領(lǐng)域帶來(lái)了一次新的技術(shù)革命，自動(dòng)化、智能化均離不開(kāi)單片機(jī)的應(yīng)用。將單片機(jī)控制方法運(yùn)用到溫度控制系統(tǒng)中，可以克服溫度控制系統(tǒng)中存在的嚴(yán)重滯后現(xiàn)象，同時(shí)在提高采樣頻率的基礎(chǔ)上可以很大程度的提高控制效果和控制精度。在工業(yè)生產(chǎn)中溫度是常用的被控參數(shù)，而采用單片機(jī)來(lái)對(duì)這些被控參數(shù)進(jìn)行控制已成為當(dāng)今的主流。溫度傳感器DS18B20具有性能穩(wěn)定、靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于冰箱、空調(diào)器、糧倉(cāng)等日常生活中溫度的測(cè)量和控制。本文采用51單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的測(cè)量和控制。它的主要組成部分有：STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)，DS18B20測(cè)溫電路,按鍵電路、LCD1602顯示電路，繼電器控制電路。它可以實(shí)時(shí)地檢測(cè)和顯示溫度，可以設(shè)定溫度范圍，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的自動(dòng)控制。關(guān)鍵詞：STC89C52單片機(jī)、DS18B20溫度傳感器、測(cè)量和控制。目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1引言 iv\o"CurrentDocument"溫度測(cè)量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的背景、發(fā)展歷史及意義 iv\o"CurrentDocument"溫度測(cè)量控制系統(tǒng)的目的 iv\o"CurrentDocument"溫度測(cè)量控制系統(tǒng)完成的功能 iv\o"CurrentDocument"總體設(shè)計(jì)方案 v\o"CurrentDocument"方案一 v\o"CurrentDocument"方案二 vDS18B20溫度傳感器簡(jiǎn)介 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。溫度傳感器的歷史及簡(jiǎn)介 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。DS18B20的工作原理 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。DS18B20工作時(shí)序 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。ROM操作命令 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。DS18B20的測(cè)溫原理 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。DS18B20的測(cè)溫原理 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。DS18B20的測(cè)溫流程 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。4硬件電路設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。時(shí)鐘電路 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。復(fù)位電路 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。測(cè)溫電路設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。顯示電路設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。TOC\o"1-5"\h\z5總結(jié) viii\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn) ix\o"CurrentDocument"附錄原理圖 x1引言溫度測(cè)量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的背景、發(fā)展歷史及意義溫度是生產(chǎn)過(guò)程和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中普遍而且重要的物理參數(shù)，隨著社會(huì)的發(fā)展，科技的進(jìn)步，以及測(cè)溫儀器在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，智能化已是現(xiàn)代溫度控制系統(tǒng)發(fā)展的主流方向。特別是近年來(lái)，溫度控制系統(tǒng)已應(yīng)用到人們生活的各個(gè)方面，但溫度控制一直是一個(gè)未開(kāi)發(fā)的領(lǐng)域，卻又是與人們息息相關(guān)的一個(gè)實(shí)際問(wèn)題。針對(duì)這種實(shí)際情況，設(shè)計(jì)一個(gè)溫度控制系統(tǒng)，具有廣泛的應(yīng)用前景與實(shí)際意義。溫度是一個(gè)重要的物理量，它反映了物體冷熱的程度，與自然界中的各種物理和化學(xué)過(guò)程相聯(lián)系。在工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，各個(gè)環(huán)節(jié)都與溫度緊密相聯(lián)，溫度的準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)及控制占據(jù)著極其重要地位。比如，發(fā)電廠鍋爐的溫度必須控制在一定的范圍之內(nèi)；許多化學(xué)反應(yīng)的工藝過(guò)程必須在適當(dāng)?shù)臏囟认虏拍苷＿M(jìn)行等。沒(méi)有合適的溫度環(huán)境，許多電子設(shè)備就不能正常工作，糧倉(cāng)的儲(chǔ)糧就會(huì)變質(zhì)霉?fàn)€，酒類(lèi)的品質(zhì)就沒(méi)有保障?？梢?jiàn)，溫度的測(cè)量和控制是非常重要的。隨著電子技術(shù)以及應(yīng)用需求的發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，在高集成度，高速度，低功耗以及高性能方面取得了很大的進(jìn)展。伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子技術(shù)有了更高的飛躍，我們現(xiàn)在完全可以運(yùn)用單片機(jī)和電子溫度傳感器對(duì)某處進(jìn)行溫度檢測(cè)，還可以進(jìn)行不同地點(diǎn)的實(shí)時(shí)溫度檢測(cè)和控制。溫度測(cè)量控制系統(tǒng)的目的本設(shè)計(jì)的內(nèi)容是溫度測(cè)試控制系統(tǒng)，控制對(duì)象是溫度。溫度控制，在工業(yè)自動(dòng)化控制中占有非常重要的地位，如在鋼鐵冶煉過(guò)程中要對(duì)出爐的鋼鐵進(jìn)行熱處理，才能達(dá)到性能指標(biāo)，塑料的定型過(guò)程中也要保持一定的溫度。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，各個(gè)領(lǐng)域?qū)ψ詣?dòng)控制系統(tǒng)控制精度、響應(yīng)速度、系統(tǒng)穩(wěn)定性與自適應(yīng)能力的要求越來(lái)越高，被控對(duì)象或過(guò)程的非線(xiàn)性、時(shí)變性、多參數(shù)點(diǎn)的強(qiáng)烈耦合、較大的隨機(jī)擾動(dòng)、各種不確定性以及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試手段不完善等，使難以按數(shù)學(xué)方法建立被控對(duì)象的精確模型的情況。溫度測(cè)量控制系統(tǒng)完成的功能本設(shè)計(jì)是對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，設(shè)計(jì)的溫度控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了基本的溫度控制功能：當(dāng)溫度低于設(shè)定下限溫度時(shí)，蜂鳴器報(bào)警，同時(shí)紅燈亮，模擬加熱過(guò)程，使溫度上升；當(dāng)溫度高于設(shè)定上限溫度時(shí)，蜂鳴器報(bào)警，同時(shí)綠燈亮，模擬制冷過(guò)程，使溫度下降；溫度在上下限溫度之間時(shí)，蜂鳴器和紅綠燈不動(dòng)作；LCD1602實(shí)時(shí)時(shí)顯示溫度，精確到小數(shù)點(diǎn)一位；通過(guò)獨(dú)立按鍵可以設(shè)置溫度的控制范圍。2總體設(shè)計(jì)方案方案一測(cè)溫電路的設(shè)計(jì)，可以使用熱敏電阻之類(lèi)的器件利用其感溫效應(yīng)，在將隨被測(cè)溫度變化的電壓或電流采集過(guò)來(lái)，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后，就可以用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，在顯示電路上，就可以將被測(cè)溫度顯示出來(lái)，這種設(shè)計(jì)需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路，這樣做感溫電路會(huì)比較麻煩。方案二考慮使用溫度傳感器，結(jié)合單片機(jī)電路設(shè)計(jì)，采用一只口518820溫度傳感器，直接讀取被測(cè)溫度值，之后進(jìn)行轉(zhuǎn)換，在LCD1602上顯示出來(lái)，接著完成繼電器控制電路和按鍵電路。比較以上兩種方案，很容易看出，采用方案二，電路比較簡(jiǎn)單，軟件設(shè)計(jì)容易實(shí)現(xiàn)，故實(shí)際設(shè)計(jì)中擬采用方案二。在本系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)方框圖如圖2.1所示，它由五部分組成:STC89C52單片機(jī)DS18bSTC89C52單片機(jī)DS18b20溫度測(cè)量電路繼電器控制電路LCD1602顯示按鍵圖2－1溫度計(jì)電路總體設(shè)計(jì)方案控制部分單片機(jī)STC89C52具有低電壓供電和體積小等特點(diǎn)，它所具有的資源能足夠滿(mǎn)足此次電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要，并且很適合便攜手持式產(chǎn)品的設(shè)計(jì)使用。顯示部分顯示電路采用LCD1602,第一行顯示當(dāng)前溫度，第二行顯示控制溫度范圍，也就是溫度的上限和下限值。用戶(hù)按鍵用戶(hù)按鍵采用4位獨(dú)立按鍵，能夠?qū)囟壬舷孪捱M(jìn)行設(shè)置。繼電器控制電路當(dāng)前溫度超出設(shè)定的溫度上下限時(shí)，繼電器閉合電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，LED指示燈亮。溫度測(cè)量電路DS18B20溫度傳感器是美國(guó)DALLAS半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進(jìn)型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測(cè)溫元件相比，它能直接讀出被測(cè)溫。這一部分主要完成對(duì)溫度信號(hào)的采集和轉(zhuǎn)換工作，由DS18B20數(shù)字溫度傳感器及其與單片機(jī)的接口部分組成。數(shù)字溫度傳感器DS18B20把采集到的溫度通過(guò)數(shù)據(jù)引腳傳到單片機(jī)的P1.4口。此部分只用到DS18B20和單片機(jī)，硬件很簡(jiǎn)單。DS18B20的性能特點(diǎn)如下⑼：①、獨(dú)特的單線(xiàn)接口方式，DS18B20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線(xiàn)即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。②、測(cè)溫范圍-55℃~+125℃,固有測(cè)溫誤差±0.5℃。③、支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線(xiàn)上，最多只能并聯(lián)8個(gè)，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫，如果數(shù)量過(guò)多，會(huì)使供電電源電壓過(guò)低，從而造成信號(hào)傳輸?shù)牟环€(wěn)定。④、工作電源：3.0?5.5V/DC(可以數(shù)據(jù)線(xiàn)寄生電源)⑤、在使用中不需要任何外圍元件⑥、測(cè)量結(jié)果以9?12位數(shù)字量方式串行傳送⑦、不銹鋼保護(hù)管直徑中6⑧、適用于DN15?25,DN40?DN250各種介質(zhì)工業(yè)管道和狹小空間設(shè)備測(cè)溫⑨、標(biāo)準(zhǔn)安裝螺紋M10X1,M12X1.5,G1/2”任選⑩、PVC電纜直接出線(xiàn)或德式球型接線(xiàn)盒出線(xiàn)，便于與其它電器設(shè)備連接DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20采用3腳PR—35封裝，如圖1.2所示；DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如圖3所示。

二C2二C2上I——匚>地?cái)?shù)據(jù)線(xiàn)可選DS18B20封裝DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成M：1)64位光刻ROM。開(kāi)始8位是產(chǎn)品類(lèi)型的編號(hào)，接著是每個(gè)器件的惟一的序號(hào)，共有48位，最后8位是前56位的CRC校驗(yàn)碼，這也是多個(gè)DS18B20可以采用一線(xiàn)進(jìn)行通信LSB的原因［10］。64位閃速ROM的結(jié)構(gòu)如下.LSB存存儲(chǔ)器和控制邏輯暫存器位:FT存存儲(chǔ)器和控制邏輯暫存器位:FT產(chǎn)生器8b檢驗(yàn)CRC48b序列號(hào)8b工廠代碼(10H)表2—1ROM結(jié)構(gòu)MSB LSBMSB LSBMSBDS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)7總結(jié)本設(shè)計(jì)使用的溫度控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)溫準(zhǔn)確，具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。該智能溫度控制器只是口518820在溫度控制領(lǐng)域的一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)例，還有許多需要完善的地方，例如可以將測(cè)得的溫度通過(guò)單片機(jī)與通訊模塊相連接，以手機(jī)短消息的方式發(fā)送給用戶(hù)，使用戶(hù)能夠隨時(shí)對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)控。此外，還能廣泛地應(yīng)用于其他一些工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，如建筑，倉(cāng)儲(chǔ)等行業(yè)。本溫度控制系統(tǒng)可以應(yīng)用于多種場(chǎng)合，像的溫度、育嬰房的溫度、水溫的控制。用戶(hù)可靈活選擇本設(shè)計(jì)的用途，有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。參考文獻(xiàn)[1]李朝青，單片機(jī)原理及接口技術(shù)（簡(jiǎn)明修訂版）[ML北京:北京航空航天大學(xué)出版社，1998[2]李廣弟.單片機(jī)基礎(chǔ)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社，1994[3]金偉正.單線(xiàn)數(shù)字溫度傳感器的原理與應(yīng)用J].電子技術(shù)與應(yīng)用，2000[4]李鋼.1-Wire總線(xiàn)數(shù)字溫度傳感器DS18B20原理及應(yīng)用.現(xiàn)代電子技術(shù)J],2005[5]蘇麟祥.DS1820數(shù)字溫度傳感器的功能特性及其應(yīng)用.世界采礦快報(bào)，2000（9）.沙占友等.智能化集成溫度傳感器原理與應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）[M].北京：高等教育出版社，1989附錄原理圖U1hXTftllHTM3IS1ESZ1■=TDHtCP.YBTXUOXILCD1IJLCICL045.0BC竹部"白4sA4.§0FDmK!FEI3AQFE1HW，rCLStP.K?re■3尸.由FQTtKK